Диссертация (1090940), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Имеется ввиду среднеквадратическоеотклонение формы сигнала, посчитанное по известным выражениям, например стр. 178 [98], полученного на выходе цифро-аналогового преобразователя, от формы идеального сигнала, который нужно получить. В данном конкретном случае “метод реализации” подразумевает реализацию законченногоустройства ЦАП функционирующего таким образом, чтобы осуществлять заявленные функции и включает в себя совокупность аппаратной реализации(структура ЦАП) и способа управления ей.Обычный ЦАП, реализованный на основе ПЛИС и одной из известныхрезистивных матриц или их комбинаций на выходе, формирует сигнал заодин период тактовой частоты.
Однако благодаря возможности реализациизадержек сигналов на внутренних элементах ПЛИС имеется возможностьформирования сигнала, на выходе цифровой части предлагаемого ЦАП, вмоменты времени, не кратные периоду тактовой частоты. Данные моментывремени могут быть как больше, так и меньше периода тактовой частоты.Если моменты времени меньше периода тактовой частоты, то увеличиваетсяскорость преобразования и точность представления формы аналогового сигнала на выходе ЦАП.
Если моменты времени больше периода тактовой частоты, то увеличивается точность представления формы аналогового сигналана выходе ЦАП.75В дальнейшем, настоящее изобретение будет рассматривать ЦАП, сигнал на выходе цифровой части которого формируется в моменты временименьшие, кратные и большие, чем период тактовой частоты, однако все рассуждения соответствующим образом могут быть распространены и на ЦАП,сигнал на выходе цифровой части которого формируется в моменты временименьшие и кратные, а также кратные и большие, чем период тактовой частоты. Таким образом, в обычном ЦАП, момент изменения сигнала на выходеего цифровой части определяется только периодом тактовой частоты, а впредлагаемом ЦАП этот момент времени определяется как периодом тактовой частоты, так и задержкой относительно предыдущего момента изменениясигнала на выходе цифровой части ЦАП.Структуру предлагаемого ЦАП иллюстрирует рисунок 38.
Структурасостоит из ПЛИС 103, на которой реализована цифровая схема многоразрядного параллельного преобразователя входных цифровых данных 113 (далее –преобразователь входных данных) и преобразователя тактовой частоты 115,входящих в цифровую часть ЦАП, и резистивной матрицы 106 с аналоговымфильтром 118, являющимися аналоговой частью ЦАП. При этом преобразователь тактовой частоты 115 имеет число выходов равное числу разрядовпреобразователя входных данных 113 и каждый из этих выходов соединён сосвоим разрядом преобразователя входных данных 113 и управляет его работой. Выход преобразователя входных данных 113 является выходом цифровой части ЦАП. С выхода цифровой части ЦАП, сигнал поступает на резистивную матрицу (например, R-2R матрицу постоянного импеданса), числовходов которой равно числу выходов преобразователя входных данных 113.С выхода матрицы 106, сигнал поступает на аналоговый фильтр 118, выходкоторого является выходом предлагаемого ЦАП.76115102n114118106n113101103n119117116Рисунок 38 – Структура ЦАП для формирования широкополосного сигналаПринцип работы предлагаемого ЦАП заключается в следующем.
Входные цифровые данные 101 в параллельной или последовательной форме поступают на преобразователь входных данных 113. Если входные цифровыеданные поступают в последовательной форме, то первоначально преобразователь входных данных преобразует данные в параллельную форму. По сигналу тактовой частоты 102 (например, по его фронту), преобразователь тактовой частоты формирует на своём выходе многоразрядный тактовый сигнал116, причём число разрядов тактового сигнала 116 соответствует числу разрядов сигнала 114, формируемого на выходе преобразователя входных данных 113.
Сигнал 116 на каждом разряде преобразователя тактовой частоты115 является тактовым сигналом для соответствующего разряда преобразователя входных данных 113, и разрешает запись сигнала с соответствующеговхода преобразователя входных данных 113 на его выход. Например, пофронту тактового сигнала с нулевого разряда преобразователя тактовой частоты 115, разрешается запись сигнала со входа нулевого разряда преобразователя входных данных 113 на выход его нулевого разряда.
Выход преобразователя входных данных 113, является выходом цифровой части ЦАП. Многоразрядный тактовый сигнал 116 формируется таким образом и по такимправилам, чтобы при смене выходного цифрового сигнала 114 аналоговыйсигнал 119 как можно точнее повторял форму требуемого сигнала 110.77Правила формирования многоразрядного тактового сигнала 116 детально характеризуют сущность изобретения и будут рассмотрены далее.Отметим, что входные цифровые данные могут следовать со скважностью равной единице и с периодом большим или равным минимальному периоду 112 многоразрядного тактового сигнала 116, скважность которого равна двум.Временная диаграмма работы предлагаемого ЦАП проиллюстрированана рисунке 39.
В первый момент времени 1011 входные цифровые данные101 имеют значение единицы в нулевом разряде и нуля в первом, втором итретьем разрядах (данные 101 действуют на входе преобразователя входныхданных 113 в параллельной форме). Сигнал тактовой частоты 102, после преобразователя имеет временную диаграмму 116. Многоразрядный тактовыйсигнал 116 (его фронт) на каждом из разрядов разрешает запись сигнала соответствующего разряда преобразователя входных данных 113 с его входа наего выход. Таким образом, в момент времени 1011 по фронту нулевого разряда многоразрядного тактового сигнала 116, значение единицы во входныхцифровых данных 101, действующее в нулевом разряде, переписывается навыход преобразователя входных данных 113 в нулевой разряд.
Сигнал 114 навыходе преобразователя входных данных 113 имеет значение единицы в нулевом и первом разрядах и нуля во втором и третьем разрядах (0011). Единица в первом разряде сохранилась с предыдущего момента времени. На выходе резистивной матрицы 106 амплитуда сигнала 117 имеет значение 1171. Кмоменту времени 1012 происходит смена входных цифровых данных – значение ноль, действует с нулевого по третий разряд. В этот момент временифронты многоразрядного тактового сигнала 116 действуют в нулевом и первом разрядах, записывая, таким образом, значение нуля на выход преобразователя входных данных 113 в нулевой и первый разряды. Сигнал 114 на выходе преобразователя входных данных 113 имеет значение нуля во всех разрядах (0000).
Отметим, что разница между моментами времени 1011 и 1012меньше, чем период тактовой частоты 112. В данном примере разница 120 в78три раза меньше, чем период тактовой частоты 112. На выходе резистивнойматрицы 106 амплитуда сигнала 117 имеет значение 1172.11111171141101175117311741172 10131011012101501110011001000001171РАЗРЯДЫ0121011 10143112116РАЗРЯДЫ0121201113Рисунок 39 – Временная диаграмма работы ЦАП для формирования широкополосного сигналаК моменту времени 1013 происходит очередная смена входных цифровых данных – значение единицы действует в с нулевого по третий разряды. Вэтот момент времени фронты многоразрядного тактового сигнала 116 аналогично действуют в нулевом и первом разрядах, записывая, таким образом,значение единицы на выходе преобразователя входных данных 113 в нулевойи первый разряды. Сигнал 114 на выходе преобразователя входных данных79113 имеет значение единицы в нулевом и первом разрядах и нуля во втором итретьем разрядах (0011).
На выходе резистивной матрицы 106 амплитудасигнала 117 имеет значение 1173. В момент времени 1014 значения входныхцифровых данных сохраняются, при этом фронт многоразрядного тактовогосигнала 116 действует только во втором разряде, записывая, таким образом,значение единицы на выходе преобразователя входных данных 113 во второйразряд. Сигнал 114 на выходе преобразователя входных данных 113 имеетзначение единицы в нулевом, первом и втором разрядах и нуля в третьемразряде (0111). На выходе резистивной матрицы 106 амплитуда сигнала 117имеет значение 1174. Далее, при сохранении значения входных цифровыхданных фронт многоразрядного тактового сигнала 116, действуя только втретьем разряде, записывает значение единицы на выходе преобразователявходных данных 113 в третий разряд.
Сигнал 114 на выходе преобразователявходных данных имеет значение единицы во всех разрядах (1111). На выходерезистивной матрицы 106 амплитуда сигнала 117 имеет максимальное значение 1175. Далее процесс происходит согласно рисунку 39.Анализируя существующий и предлагаемый методы цифро-аналоговогопреобразования можно отметить, что сигнал тактовой частоты 102 в обоихметодах, равно как и многоразрядный тактовый сигнал 116 во всех разрядах,имеют одинаковый период повторения 112 и этот период минимален посравнению с периодами остальных сигналов действующих на входах ПЛИС.Это означает, что ПЛИС, реализующая тот или иной метод цифроаналогового преобразования, работает с одинаковой тактовой частотой. Есличастота тактового сигнала является максимальной частотой, которая можетдействовать на входе ПЛИС согласно её спецификации, то предлагаемый метод реализации ЦАП позволяет увеличить скорость преобразования и болееточно сформировать форму аналогового сигнала.
В рассмотренном примере,сигнал 119, полученный с использованием более высокой скорости преобразования в некоторые моменты времени – это сигнал, более точно представляющий форму сигнала 110, по сравнению с сигналом 109, что достигается за80счёт распараллеливания сигнала тактовой частоты 102 в сигнал 116. Дляформирования сигнала аналогичного сигналу 119 с помощью обычного цифро-аналогового преобразователя, выбранного в качестве прототипа – необходимо увеличивать частоту тактового сигнала 102 и, как следствие, использовать более высокочастотную и поэтому дорогостоящую ПЛИС.
Для данногоконкретного примера, чтобы получить сигнал 119 с помощью обычного цифро-аналогового преобразования – необходимо использовать микросхемуПЛИС, которая допускает на своих входах частоту в три раза большую, посравнению с ПЛИС, которая реализует сигнал 119 с помощью предлагаемогометода цифро-аналогового преобразования.На рисунке 40 показано, что огибающая модуля спектральной плотности122 энергии сигнала 119 на выходе аналогового фильтра 118 уже, чем огибающая модуля спектральной плотности 121 энергии сигнала на выходе аналогового фильтра ЦАП реализованного согласно известным принципам, чтодостигается за счёт более точного представления формы требуемого сигнала110.0АМПЛИТУДА, ДБ-3-5121-10-15123-20122-25-5-4-3-2-1012345ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ЧАСТОТАРисунок 40 – Модуль спектральной плотности сигнала sin(x)/x на выходеЦАП для формирования широкополосного сигналаЕсли сравнивать спектральные плотности энергий 121 и 122 по уровнюминус 3 дБ (рисунок 40), то разница в их ширине полосы частот является незначительной, однако по уровню минус 10 дБ существует двукратная разни81ца.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
